L_13 (1075849), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это электронное устройство с одним входом и одним или несколькими выходами, выходной ток которого повторяет как по величине, так и по направлению входной ток (получаетсяустройство-«отражатель») Другими словами, это устройство ведёт себя,как источник тока, работой которого управляет ток. Коэффициент передачи такого устройства равен единице.Вернёмся к схеме (рис.13.6б). Параметры транзисторов VT 1 и VT 2должны быть полностью идентичны. Затвор транзистора VT 1 соединён состоком, то есть U зи1 = U си1 , следовательно, транзистор VT 1 работает в режименасыщения.
Как было установлено ранее зависимость между током стока инапряжениемзатвор-истокопределяетсяуравнениемIс1= 0,5b1 (U зи − U101) 2 . Ток I с1 и ток I с2 равны, но ток I с1 ─ это управляющийток. Его значение определяется напряжением источника Е к и сопротивлением резистора R с1IиIс2с1= I с2 =Е к − U зи.R с1(13.2)Согласно схеме рис.13.6б напряжения на участках «затвор-исток» у VT 1одинаковы.ТокстокатранзистораVT 2равенVT 2= 0,5b2 (U зи2−U02) 2 . Пороговые напряжения к транзисторов также одина-ковы, поэтомуIbbупр11., или==IbIbс22н2Iс1Источники тока с токовыми зеркалами выгодны для интегральной технологии, особенно в случае задания напряжения смещения в многокаскадныхусилителях: такие схемы содержат минимальное число резисторов, за счётчего повышается степень интеграции.
Кстати, резистор R с1 , которым задаётсяуправляющий ток, в интегральной схеме может быть как встроенным, так и8навесным. Токи же отдельных каскадов формируются с помощью схем «токовых зеркал».4. Стабилизаторы постоянного напряжения компенсационного типаПринцип действия таких стабилизаторов основан на использовании цепиотрицательной обратной связи (ООС) по напряжению.В стабилизаторах компенсационного типа (рис.13.8) стабилизируемоенапряжение (или часть его) сравнивается с опорным и, полученное в результате сравнения напряжение ошибки, воздействует на параметр нелинейногоэлемента, устраняя влияние дестабилизирующего фактора.На рис.13.9а дана схема электрическая принципиальная последовательного стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа.Рассмотрим назначение каждого элемента в схеме на рис.13.8 и использование этих элементов в схеме на рис.13.9а.UвхUвыхРЭУЭUошУч.
сравн.ИОНРис.13.8. Структурная схема стабилизатора компенсационного типаРЭ ─ регулирующий элемент. Роль РЭ в схеме выполняет транзисторVT 1 . Вместе с сопротивлением нагрузки регулирующий элемент образует делитель напряжения (рис.7.9б). Напряжение ошибки после усиления элементом УЭ поступает в цепь базы РЭ, изменяя его режим. Сопротивление участка «эмиттер-коллектор» при этом меняется и происходит перераспределениенапряжения между РЭ и нагрузкой (рис.7.9б). РЭ ─ это мощный транзистор.9Эмиттерный ток транзистора VT 1 .обычно выбирается больше тока нагрузкипримерно в 1,2 раза.Работой РЭ управляет усилительный (управляющий) элемент УЭ.VT1 (РЭ)rкэRб1ЕвхКRкR1C1VT22Е0Uкэ.рэC2ЕвхRнUошUнRR2UопVDU’вых+а).б).Рис.13.9. а.
─. Схема электрическая принципиальная стабилизатора компенсационного типа, б. ─. схема замещения силовой части стабилизатораУЭ ─ усилительный элемент. УЭ выполнен на транзисторе VT 2 . Усилитель, как правило, выполняется маломощным, поэтому необходимо предусмотреть согласование его с мощным VT 1 : может оказаться, что базовый токмощного VT 1 окажется больше коллекторного тока транзистора VT 2 . Для согласования мощного транзистора с маломощным транзистор VT 1 выполняютпо схеме составного транзистора (рис.7.10).ЭVT1КVT1.1.VT1.2БК коллектору VT2 (УЭ)Рис.7.10. Составной транзисторСоставные транзисторы несколько увеличивают входное сопротивлениестабилизатора, но они обеспечивают высокий коэффициент передачи токабазы так как β общ = β 1 × β 2 × β 3.10В зависимости от вида выполнения РЭ различают непрерывные и ключевые компенсационные стабилизаторы.
Схема стабилизатора на рис.13.9аотносится к линейным непрерывным компенсационным стабилизаторам.Роль РЭ в ней может исполнять или биполярный, или полевой транзистор,работающие в режиме генератора тока (в активном режиме).ИОН ─ источник опорного напряжения. Роль ИОН в схеме стабилизатора выполняет параметрический стабилизатор напряжения на стабилитронеVD и резисторе R б .Участок сравнения служит для сравнения стабилизируемой величины сэталонной и вырабатывания напряжения ошибки. В схемах замещения(рис.13.11 и рис.13.12) участок сравнения состоит из источника опорного напряжения на стабилитроне VD, участка «база-эмиттер» усилительного элемента на VT 2 и резистора R 2 , на котором формируется часть выходного напряжения ( U 'вых).U,КR 2 = дел U выхКдел=R2 .R + R12К базе VT1К базеVT1UопVT2VT2UошUошVDR2UR2UопРис.7.11.
Схема участка сравнения стаРис.7.12. Схема замещения участка сравбилизируемой величины с опорным напря- нения эквивалентными источникамижениемЕ 0 ─ дополнительный источник питания в схеме стабилизатора. Источник Е 0 позволяет сделать схему более устойчивой в работе.Конденсатор С 1 служит для сглаживания пульсаций.11Конденсатор С 2 устраняет паразитное возбуждение УЭ, которое можетвозникнуть при неудачном монтаже: в схеме стабилизатора имеют место ипеременные составляющие, поэтому может произойти самовозбуждение УЭ.Принцип действия стабилизатораКлюч «К» поставим в позицию 1 (отключим источник Е 0 ).Если напряжение на входе увеличилось, то токи во всех цепях такжевозрастают. Падение напряжения на резисторе R 2 увеличивается, положительное смещение на базе VT 2 стало больше, ток через VT 2 увеличивается,падение напряжения на R к увеличится (на R к формируется смещение на базуVT 1 ), транзистор VT 1 призакрывается, сопротивление участка «коллекторэмиттер» увеличивается, падение напряжения на нём увеличивается, а на нагрузке выравнивается до номинального.КПД стабилизатора непрерывного типа определим из выраженияη=РU Iн1нн =,−U(U + U рэ) I нРвхн(1 + вых )Uвхгде U рэ ─ напряжение на РЭ.Существенно повысить КПД можно при использовании ключевого режима работы полупроводниковых приборов.2.
Стабилизаторы ключевого и релейного типа.4.1. Ключевые стабилизаторы постоянного напряженияСиловая часть в ключевых стабилизаторах представляет импульсныйусилитель мощности, в котором в качестве нагрузки используется LC-фильтр(рис.13.13). В результате переменная составляющая, которая содержится вовходном сигнале прямоугольной формы, не попадает на выход, а постояннаясоставляющая беспрепятственно проходит к нагрузке.12LCфVDUвхRнUвыхРис.13.13.
Схема силовой части ключевого стабилизатораКлючевые стабилизаторы подразделяются на импульсные (рис.13.14) ирелейные (рис.13.15).4.1.1. В импульсных стабилизаторах (рис.13.14) используется импульсный модулятор, который преобразует сигнал ошибки в последовательность управляющих импульсов с определённым значением коэффициента заполнения.LдрVT1UвыхVD1RсмЕвхVT2ИМUвыхUэт+Uош= Uэт-UвыхCUэтRн+F (от ЗГ)Uошб).а).Рис.13.14. а ─ схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа, б ─ участок сравнения, который вырабатывает напряжение ошибкиИМ ─ импульсный модулятор, в качестве которого можно использоватькомпаратор, на вход которого, кроме напряжения ошибки, подаётся синхронизирующее напряжение либо синусоидальной, либо треугольной формы.
Навход ИМ поступают два сигнала: от задающего генератора сигнал с частотой13f и напряжение ошибки (U ош ), полученное в результате сравнения выходногосигнала с эталонным. Напряжение ошибки определяет длительность управляющих импульсов от задающего генератора (частота этого генератора постоянна).С выхода ИМ сигнал поступает на базу транзистора VT 2 , который можетнаходиться в двух состояниях: закрыт или открыт. Если VT 2 открыт, то фактически база транзистора VT 1 будет иметь нулевой потенциал и VT 1 закроется. Ток через нагрузку не прекращается, так как дроссель отдаёт ранее запасённую энергию в нагрузку (по пути через VD 1 ).
Если же VT 2 будет закрыт,то VT 1 открывается (по базе) и ток нагрузки замыкается по цепи «источникЕ вх коллектор-эмиттер транзистора VT 1 , дроссель, нагрузка, источник Е вх ».Таким образом, длительность включенного состояния регулирующегоэлемента определяется длительностью управляющих импульсов ИМ.4.1.2. В релейных стабилизаторах (рис.13.15а) в качестве управляющего элемента используется компаратор напряжения (DA).LдрVT1+R2VD1RсмVT2UвыхR4Uвых.DA maxRпосR1CЕвхRнUвых.DA minUвхDAUошVD2R3Uот UVD2Uсрб)а)Рис.13.15 а ─ Схема релейного стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа; б ─ передаточная характеристика компаратораНа его инвертирующий вход поступает опорное напряжение от параметрического стабилизатора, выполненного на стабилитроне VD 2 и R 4 . На неинвертирующий вход поступает напряжение с R 3 .14На передаточной характеристике (рис.13.15 б):U от ─ напряжение отпускания компаратораU vd2 ─ напряжение на опорном стабилитроне VD 2U ср ─ напряжение срабатывания компаратора.нияПринцип действия релейного стабилизатора постоянного напряже-Если напряжение на выходе увеличится, и напряжение на резисторе R 3станет больше напряжения на стабилитроне VD 2 , то на выходе компараторасформируется высокий уровень напряжения U вых.DAmax (рис.13.15б).
Этотуровень поступает на вход управляющего транзистора VT 2 , отпирая его донасыщения. Напряжение смещения (на R см ) становится равным почти напряжению входа, так как напряжение на участке коллектор-эмиттер насыщенного транзистора составляет не более 0,05…0,1 В. Транзистор VT 1 запирается, ток в нагрузку поступает от дросселя L ф через VD 1 . По мере уменьшения энергии, запасённой в дросселе, напряжение на выходе уменьшаетсяи, как только напряжение на резисторе R 3 становится меньше напряженияотпускания компаратора (U от ), компаратор формирует на выходе низкийуровень напряжения U вых. DA.min , которым запирается транзистор VT 2 , а транзистор VT 1 отпирается под действием тока базы, протекающего через R см .Транзистор VT 1 переходит в режим насыщения.
Дроссель опять запасаетэнергию: к дросселю прикладывается напряжение, почти равное U вх . Токдросселя, а вместе с ним и выходное напряжение стабилизатора начинаютувеличиваться. Как только напряжение на R 3 достигнет среднего значения,компаратор выключает регулирующий транзистор VT 1 . Дальше всё повторяется: дроссель отдаёт в нагрузку накопленную энергию.Таким образом, частота переключения регулирующего транзистораVT 1 зависит от параметров LC-фильтра, сопротивления нагрузки, и глубины положительной обратной связи. Например, если изменяется сопротивление нагрузки, то постоянная разряда тоже меняется, следовательно, изменяется частота управления.Переменная составляющая на выходе релейного стабилизатора всегдабольше, чем на выходе импульсного стабилизатора, но эта пульсация принципиально необходима для переключения регулирующего элемента VT 1 .3.
Теоретическое обобщение по теме.15Источники вторичного электропитания относятся к источникам болеесложного вида, чем первичные, так как в таких источниках преобразованиеэнергии происходит многократно.Анализ схем стабилизаторов постоянного напряжения показал, чтоимпульсные стабилизаторы выигрывают перед стабилизаторами непрерывного действия: КПД выше, транзистор в импульсном режиме позволяет использовать те участки ВАХ, где больше крутизна, кроме того, силовой транзистор меньше подвержен перегрузкам.Микроэлектронные стабилизаторыЧтобы реализовать высокие значения коэффициента стабилизации, необходимо обеспечить малое динамическое сопротивление стабилизатора.
В современных интегральных стабилизаторах это требование реализуется с помощью ОУ (рис 13.16) – это схема высококачественного стабилизатораVT3+VT2DARIвх∞VT1UвыхЕвхDAR1Uн∞VDРис.13.16R2∆IVD VD∆ЕRнR3–Рис.13.17Высокое входное и малое выходное сопротивления ОУ обеспечиваютхорошие условия для работы стабилитрона, то есть ОУ играет в схеме рольбуферного каскада. Но, к сожалению, ток, который ОУ отдаёт в нагрузку, невелик. Чтобы этот недостаток устранить, используют транзисторы, которыеусиливают ток ОУ (рис.13.16) – это схема стабилизатора с высокой нагрузочной способностью..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
